In der vorliegenden Arbeit wird die Optimierung des REXEBIS-Ladungsbrüters an der ISOLDE präsentiert. Die REXEBIS in der aktuellen Konfiguration erzeugt eine Elektronenstromdichte in der Fallenregion bei 2 T von 200A/cm² und wird bis zu ihren physikalischen Grenzen optimiert. Um diese Begrenzung zu überwinden wurde eine neue Elektronenkanone, die HEC²-Elektronenkanone, in Kooperation mit BNL konstruiert und an der TestEBIS in Betrieb genommen. Diese Elektronenkanone verspricht eine Elektronenstromdichte von mehr als 10 kA/cm² bei 5T, welche die Ladungsbrütungszeit entscheidend verkürzt. In dieser Dissertation werden neuartige Simulationstechniken vorgestellt, welche die Inbetriebnahme durch Untersuchung der Mechaniken von auftretenden Verlustströmen beschreiben. Dazu wird der Elektronenkollektor der TestEBIS nach Kompatibilität bezüglich der HEC²-Elektronenkanone, die nahe derer Designwerte betrieben wird, evaluiert. Die gewonnenen Erfahrungen von der Inbetriebnahme der HEC²-Elektronenkanone und den etablierten, numerischen Techniken führen zur Entwicklung einer kleineren hochkomprimierenden Elektronenkanone für medizinische Anwedungen, die MEDeGUN. Diese Elektronenkanone sollte einen qualitativ hochwertigen Elektronenstrahl generieren, welcher eine Elektronenstromdichte von 7.5 kA/cm² in der Fallenregion bei 5 T axialen Magnetfeld erzeugt. Eine EBIS/T, ausgestattet mit einer MEDeGUN, wird bezüglich Pulsfrequenz und bereitgestellten Ionenstrom zu Hochfrequenz-Therapiezentren der zweiten Generation kompatibel sein. / In this thesis the optimization of the REXEBIS charge breeder at the ISOLDE facility is presented. REXEBIS in its current state provides a current density of 200A/cm² inside the trapping region at 2 T and will be optimized to the physical limit of its design. To overcome this limit a new electron gun, the HEC² gun, was designed in collaboration with the BNL and is in commission at TestEBIS. This electron gun promises a current density of >10 kA/cm², which decreases the charge breeding time significantly. This thesis presents novel simulation techniques supporting the commissioning phase by explaining the sources of occurring loss current and, in addition, evaluate the currently installed collector for compatibility with the HEC² gun operating at its design limit. The experience gained from the commission of the HEC2 gun and the established numerical techniques lead to the development of a smaller high-compression electron gun for medical purposes, the MEDeGUN. This electron gun should provide a high-quality beam, which generates a calculated current density of 7.5 kA/cm² inside the trapping region immersed in a 5 T axial magnetic field. An EBIS/T equipped with a MEDeGUN will be compatible regarding the pulse frequency and deliver the mandatory ion current required for second generation therapy centers.

In der vorliegenden Arbeit wird die Optimierung des REXEBIS-Ladungsbrüters an der ISOLDE präsentiert. Die REXEBIS in der aktuellen Konfiguration erzeugt eine Elektronenstromdichte in der Fallenregion bei 2 T von 200A/cm² und wird bis zu ihren physikalischen Grenzen optimiert. Um diese Begrenzung zu überwinden wurde eine neue Elektronenkanone, die HEC²-Elektronenkanone, in Kooperation mit BNL konstruiert und an der TestEBIS in Betrieb genommen. Diese Elektronenkanone verspricht eine Elektronenstromdichte von mehr als 10 kA/cm² bei 5T, welche die Ladungsbrütungszeit entscheidend verkürzt. In dieser Dissertation werden neuartige Simulationstechniken vorgestellt, welche die Inbetriebnahme durch Untersuchung der Mechaniken von auftretenden Verlustströmen beschreiben. Dazu wird der Elektronenkollektor der TestEBIS nach Kompatibilität bezüglich der HEC²-Elektronenkanone, die nahe derer Designwerte betrieben wird, evaluiert. Die gewonnenen Erfahrungen von der Inbetriebnahme der HEC²-Elektronenkanone und den etablierten, numerischen Techniken führen zur Entwicklung einer kleineren hochkomprimierenden Elektronenkanone für medizinische Anwedungen, die MEDeGUN. Diese Elektronenkanone sollte einen qualitativ hochwertigen Elektronenstrahl generieren, welcher eine Elektronenstromdichte von 7.5 kA/cm² in der Fallenregion bei 5 T axialen Magnetfeld erzeugt. Eine EBIS/T, ausgestattet mit einer MEDeGUN, wird bezüglich Pulsfrequenz und bereitgestellten Ionenstrom zu Hochfrequenz-Therapiezentren der zweiten Generation kompatibel sein. / In this thesis the optimization of the REXEBIS charge breeder at the ISOLDE facility is presented. REXEBIS in its current state provides a current density of 200A/cm² inside the trapping region at 2 T and will be optimized to the physical limit of its design. To overcome this limit a new electron gun, the HEC² gun, was designed in collaboration with the BNL and is in commission at TestEBIS. This electron gun promises a current density of >10 kA/cm², which decreases the charge breeding time significantly. This thesis presents novel simulation techniques supporting the commissioning phase by explaining the sources of occurring loss current and, in addition, evaluate the currently installed collector for compatibility with the HEC² gun operating at its design limit. The experience gained from the commission of the HEC2 gun and the established numerical techniques lead to the development of a smaller high-compression electron gun for medical purposes, the MEDeGUN. This electron gun should provide a high-quality beam, which generates a calculated current density of 7.5 kA/cm² inside the trapping region immersed in a 5 T axial magnetic field. An EBIS/T equipped with a MEDeGUN will be compatible regarding the pulse frequency and deliver the mandatory ion current required for second generation therapy centers.